【摘要】：鋯合金由于具有熱中子吸收截面低、優(yōu)良的抗腐蝕和力學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛用于核動(dòng)力反應(yīng)堆燃料包殼和其它堆芯結(jié)構(gòu)材料。為了滿足核動(dòng)力反應(yīng)堆技術(shù)朝著提高燃料燃耗、反應(yīng)堆熱效率和降低燃料循環(huán)成本等方向的發(fā)展要求,一方面,許多國(guó)家相繼開(kāi)發(fā)了各自的新鋯合金,新鋯合金主要是從改變合金成分的角度來(lái)優(yōu)化其性能,Zr-Sn-Nb系鋯合金是綜合了Zr-Sn(Zr-2、Zr-4)和Zr-Nb(Zr-1Nb、Zr-2.5Nb)系合金優(yōu)點(diǎn)而發(fā)展起來(lái)的新型鋯合金,如美國(guó)的ZIRLO和X5A合金、俄羅斯的E635合金、日本的NDA合金及韓國(guó)的HANA-4合金,我國(guó)也研發(fā)出了屬于Zr-Sn-Nb系的N18和N36鋯合金;另一方面,很多研究者著眼于現(xiàn)有鋯合金加工工藝的優(yōu)化,例如,對(duì)已工程應(yīng)用的M5及具有應(yīng)用前景的X5A鋯合金包殼研究表明,采用“低溫加工工藝”能獲得細(xì)小、彌散分布的第二相,這有利于提高鋯合金堆內(nèi)外的綜合性能。鋯合金的耐腐蝕、力學(xué)及物理等性能均與合金顯微組織(晶粒特征和第二相特征)密切相關(guān),而合金元素(Sn、Nb等)和加工工藝對(duì)合金顯微組織有很大的影響,因此,研究合金成分及加工工藝對(duì)合金顯微組織的影響是提高其綜合性能的根本途徑。本論文以我國(guó)具有工程應(yīng)用前景的N36鋯合金為基礎(chǔ),通過(guò)改變Sn、Nb含量,來(lái)研究Zr-XSn-YNb-0.3Fe(X=1.2,Y=1;X=0.4,Y=0.65;X=0.4,Y=1)鋯合金顯微組織(晶粒特征和第二相特征)的演變;與此同時(shí),選擇Zr-0.4Sn-1Nb-0.3Fe鋯合金為對(duì)象,研究加工及熱處理工藝對(duì)顯微組織的影響。運(yùn)用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡及透射電子顯微鏡等分析手段對(duì)Zr-XSn-YNb-0.3Fe鋯合金進(jìn)行顯微組織分析,并系統(tǒng)跟蹤了合金各個(gè)加工工序及不同成分條件下合金顯微組織的演變過(guò)程,分析了加工工藝及成分對(duì)合金顯微組織的影響,并探討了鋯合金中第二相粒子的影響機(jī)制。通過(guò)以上研究,獲得了大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),為鋯合金加工工藝改善及成分優(yōu)化提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)和理論支持。對(duì)經(jīng)相同工藝(620℃熱軋及后續(xù)一系列流程)處理的Zr-XSn-YNb-0.3Fe合金成品板材進(jìn)行顯微組織(晶粒特征和第二相特征)分析,結(jié)果如下:(1)Sn和Nb含量的變化對(duì)成品板材晶粒尺寸影響不明顯,但Sn含量的增加有利于合金的再結(jié)晶。三種合金中均為等軸的再結(jié)晶態(tài)晶粒,且晶粒度均達(dá)到了12級(jí)。(2)三種成品合金板材相比,當(dāng)Sn含量從0.4%增加到1.2%時(shí),β-Nb第二相顆數(shù)量減少,Zr-Nb-Fe第二相中平均Nb/Fe比升高,第二相面密度減小而等效圓直徑變大。由于Nb參與形成第二相,當(dāng)其含量從0.65%增加到1%時(shí),第二相中β-Nb從無(wú)到有,Zr-Nb-Fe第二相中平均Nb/Fe比升高,第二相面密度增大而等效圓直徑變小。無(wú)論是調(diào)Sn還是調(diào)Nb,三種成品板材合金中都主要為密排六方結(jié)構(gòu)的Zr(Nb,Fe)2,存在少量面心立方結(jié)構(gòu)的(Zr,Nb)2Fe。選擇Zr-0.4Sn-1Nb-0.3Fe合金為研究對(duì)象,分別經(jīng)620℃、650℃、700℃熱軋和480℃時(shí)效10h、50h后700℃熱軋及后續(xù)一系列加工熱處理后,對(duì)其進(jìn)行顯微組織(晶粒特征和第二相特征)分析,結(jié)果如下:(1)采用低溫加工工藝(620℃熱軋)對(duì)合金晶粒組織和第二相能很好的控制,使得成品板材中得到完全再結(jié)晶的等軸晶粒,也使得第二相粒子細(xì)小、均勻的分布,且其平均尺寸均在100nm以下。(2)650~700℃熱軋的合金中第二相產(chǎn)生串狀及團(tuán)簇現(xiàn)象,隨著熱軋溫度的升高,第二相分布更不均勻,且大小不一;時(shí)效改善了第二相分布的不均勻性,隨著時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng),第二相平均直徑變大,尺寸兩極化明顯。620℃熱軋的合金中第二相主要為C14型密排六方結(jié)構(gòu)的Zr(Nb,Fe)2,存在少量C15型面心立方結(jié)構(gòu)(Zr,Nb)2Fe;熱軋溫度為650℃時(shí),除Zr(Nb,Fe)2和(Zr,Nb)2Fe外,還觀察到β-Nb;熱軋溫度增加至700℃后,β-Nb數(shù)量增多;熱軋前480℃時(shí)效并沒(méi)有改變第二相的類(lèi)型。從620~700℃,隨著熱軋溫度的升高,Zr-Nb-Fe第二相中平均Nb/Fe比先增加后減小;與700℃熱軋相比,熱軋前時(shí)效使Nb/Fe比進(jìn)一步降低。通過(guò)對(duì)鋯合金中第二相影響因素的文獻(xiàn)調(diào)研,結(jié)合本試驗(yàn)的研究結(jié)果分析,結(jié)果如下:(1)鋯合金中第二相特征(分布、類(lèi)型、大小及形貌等)受到溫度、原子比、晶界遷移、元素?cái)U(kuò)散和第二相長(zhǎng)大動(dòng)力學(xué)等理論共同控制。(2)不同加工工藝條件下,Zr-Sn-Nb-Fe系鋯合金中第二相類(lèi)型主要有以下幾種:Zr(Nb,Fe)2(HCP/FCC)、Zr(Fe,Cr)2(HCP/FCC)、Zr(Nb,Fe,Cr)2(HCP)和β-Nb(BCC)。(3)Zr-Sn-Nb-Fe系鋯合金優(yōu)化的加工工藝:①在β相區(qū)淬火;②選擇α相區(qū)進(jìn)行熱加工;③在α相適中區(qū)中間退火;④選擇大變形冷加工工藝;⑤根據(jù)鋯合金具體成分及其用途等,在400℃~650℃之間最終退火。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TG146.414

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2389899